DE19826094A1 - Heizkessel - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Heizkessel zum Verbrennen flüssiger oder gasförmiger Brennstoffe, bestehend aus einem wasserführenden Gehäuse (1) mit einer Brennkammer (2), hinter der mehrere, parallel nebeneinander angeordnete, zu einer Abgassammelkammer (4) führende, vertikal vom Wärmeträger durchströmbare Wassertaschen (3) angeordnet und deren Auslegung und Anordnung insbesondere für eine Brennwertbetriebsweise des Heizkessels bestimmt sind. Nach der Erfindung ist ein solcher Heizkessel derart ausgebildet, daß den in einem vom Innenraum des wasserführenden Gehäuses (1) abgeteilten, aber mit diesem in hydraulischer Verbindung stehenden Gehäuseteil (1') angeordneten Wassertaschen (3) ein vertikal orientiertes Rohrregister (5) vorgeschaltet ist, von dessen mit dem wasserführenden Gehäuse (1) in Verbindung stehenden Zu- und Abströmräumen (6, 7) der obere (7) vom Rücklaufzuströmraum (8) der Wassertaschen (3) durch ein Trennblech (9) abgeteilt ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Heizkessel zum Verbrennen flüssiger oder gasförmiger Brennstoffe gemäß Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Derartige Heizkessel sind hinlänglich bekannt, so daß es diesbezüglich an sich keines besonderen druckschriftlichen Nachweises bedarf. Unter Auslegung und Anordnung der Wasser­ taschen für eine Brennwertbetriebsweise des Heizkessels ist dabei zu verstehen, daß diese Wassertaschen aufgrund ihrer Wärmeübertragungsflächengröße gezielt zu einer Kondensation der durchströmenden Heizgase führen, wobei die Anordnung der Taschen auf der Gasseite so getroffen ist, daß das gebildete Kondensat abfließen kann. Verwiesen sei hierzu bspw. auf DE 91 06 654 U. Auch wenn die Brennkammer bzw. die Ausbrennstrecke vom Brenner her relativ lang ist, hat sich gezeigt, daß die Anströmseite der Wassertaschen sehr hoch belastet wird, was dazu führt, daß die durch die hohe Wärmebelastung der im wesentlichen von den Wassertaschen gebildeten Brennkammer­ rückwand übertragene Wärme auf der Wasserseite in der Regel nicht mehr im ausreichenden Maße abgeführt werden kann, bedingt letztlich auch dadurch, daß man die senkrecht orientierten, Wassertaschen nicht einfach bezüglich ihres angeströmten
Querschnittes unter Berücksichtigung einer möglichst kompakten Bauweise des betreffenden Heizkessels beliebig vergrößern kann. Die nach dem vorgenannten DE 91 06 654 U aber auch nach dem DE 93 18 680 U bekannte Maßnahme, den Rücklauf des Heizkessels gezielt unterhalb der Taschenanströmseite anzusetzen, hat sich ebenfalls als nicht ganz befriedigend erwiesen, abgesehen vom speziellen Bauaufwand beim Kessel nach dem DE 93 18 680 U und der Anordnung des Rücklaufanschlusses unter dem Kesselgehäuse. Außerdem lassen diese bekannten Heizkessel, bei denen es sich übrigens im Falle der DE 93 18 680 U um Kleinheizkessel, insbesondere für eine Wandinstallation handelt, eine konsequen­ te und gezielte Strömungsführung im wasserführenden Gehäuse vom Rücklauf zum Vorlauf vermissen.

Der Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zugrunde, ausgehend von einem Heizkessel der eingangs genannten Art, diesen dahingehend zu verbessern, daß bei einfacher Bauweise und damit Herstellbarkeit die Taschenanströmseite entlastet, dabei eine konsequente Strömungsführung innerhalb des wasserführenden Ge­ häuses vom Rücklauf zum Vorlauf gegeben und dabei außerdem der Rücklaufbereich aus dem ganzen Erstreckungsbereich der Brenn­ kammer im wasserführenden Gehäuse herausgenommen ist.

Diese Aufgabe ist mit einem Heizkessel der genannten Art nach der Erfindung durch die im Kennzeichen des Patentanspruches 1 angeführten Merkmale gelöst.

Durch diese erfindungsgemäße Ausbildung treffen die unmittelbar aus der Brennkammer anströmenden Heizgase zunächst auf das die hohen Temperaturen abfangende Rohrregister, das also einerseits in Bezug auf die Heizgasströmung den Wassertaschen vorgeschal­ tet ist, andererseits in Bezug auf die Wasserströmung im Gehäuse den Heizgaszugtaschen zum Kesselvorlauf hin nach­ geschaltet ist, und zwar mit der Folge, daß relativ kalter Rücklauf überhaupt nicht mehr in den Erstreckungsbereich der Brennkammer gelangen kann und der kalte Rücklauf voll für den Kondensatbetrieb zur Verfügung steht.

Vorteilhafte Weiterbildungen bestehen in Folgendem:

Das Rohrregister ist aus mindestens zwei Rohrlagen gebildet, und die Rohre der beiden Lagen sind auf Lücke zueinander versetzt angeordnet. Dadurch wird die Wirkung des gewissermaßen ein Schutzschild für die Anströmseite der Wassertaschen bildenden Rohrregisters verstärkt, wobei die sich dabei ergebenden, relativ engen Spalte zwischen den einzelnen Rohren für eine intensive Wärmeabgabe an die Rohre und damit an das diese von unten nach oben durchströmende Wärmeträgermedium sorgen.

Die erfindungsgemäße Vorschaltung des relativ wenig Raum bean­ spruchenden Rohrregisters ermöglicht außerdem eine vorteilhafte Weiterbildung dahingehend, daß die Wassertaschen und das Rohrregister in Form einer kastenförmigen Baueinheit bzw. eines Heizgasdurchströmkanales an den Boden der Brennkammer des Ge­ häuses bzw. die Trennfläche zwischen den beiden Gehäuseteilen angesetzt und in einem zylindrischen, den Rücklaufanschluß auf­ weisenden Teil des ebenfalls zylindrisch ausgebildeten Gehäu­ seteiles angeordnet sind. Vorteilhaft kann dabei der Ansatz des die Nachschaltheizfläche bildenden Bauteiles lösbar ausgebildet sein, wodurch ein derartiger Heizkessel im getrennten Zustand leichter vor Ort gebracht werden kann.

Ebenfalls noch näher erläutert wird die Maßgabe, daß die kastenförmige Baueinheit mit in Bezug auf deren Querschnitt diagonal orientierten Leitstegen im zugehörigen Gehäuseteil angeordnet ist.

Bezüglich der hydraulischen Verbindung zwischen dem wasserfüh­ renden, die Brennkammer aufnehmenden Gehäuse und dem die Wassertaschen und das Rohrregister aufnehmenden Gehäuseteil ist vorgesehen, daß im unteren Teil der Trennfläche zwischen dem Innenraum des wasserführenden Gehäuses und dem die Nachschalt­ heizflächen enthaltenden Gehäuseteil eine Durchströmöffnung zum wasserführenden Teil des Gehäuses angeordnet und diese ver­ gleichsweise klein zu den darüber angeordneten Durchström­ öffnungen bemessen ist. Damit erhält das die Brennkammer ent­ haltende, wasserführende Gehäuse nicht nur oben und von den Flanken her eine Wärmeträgerzufuhr, sondern auch in beschränk­ tem Maße von unten, wobei dieser Teil jedoch schon aufgrund des Wärmeübergangs in den Taschen ein wesentlich höheres Tempera­ turniveau als der Rücklauf hat.

Da der erfindungsgemäße Heizkessel insbesondere für Brennwert­ betriebsweise vorgesehen ist, ist ferner die kastenförmige Baueinheit insgesamt oder zumindest deren Bodenfläche in Bezug auf die horizontale Achse der Brennkammer bzw. des Gehäuses zur Abzugsseite hin geneigt angeordnet, was eine Neigungsstellung des Gesamtheizkessels entbehrlich macht.

Um Kondensation und Abgastemperaturen zu optimieren, sind die gewissermaßen einen von den Heizgasen quer durchströmbaren Block bildenden Wassertaschen jeweils in zwei vertikal orien­ tierte Durchströmräume für den Wärmeträger gegliedert, wobei dann in diesem Falle die Trennwand über der Vertikalteilung der Wassertaschen angeordnet ist. Im abzugsseitigen Durchströmraum der Wassertaschen wird dabei das kalte Rücklaufwasser nach unten geführt, dann unten umgelenkt und anschließend durch den anströmseitigen Durchströmraum und das Rohrregister nach oben geführt, womit eine verbesserte thermische Gliederung erreicht wird, d. h., eine Vermischung bereits anströmseitig erwärmten Wassers mit dem kalten Rücklauf, der ja der Kondensation zugute kommen soll, ist unterbunden.

Der erfindungsgemäße Heizkessel und weitere vorteilhafte Aus­ führungsformen werden nachfolgend anhand der zeichnerischen Darstellung von Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Es zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt durch den Heizkessel;

Fig. 2 perspektivisch das den Nachschaltwärmetauscher bildende Bauteil des Heizkessels;

Fig. 3 einen Horizontalschnitt durch den Heizkessel längs Linie III-III in Fig. 1;

Fig. 4 einen Vertikalschnitt längs Linie IV-IV in Fig. 1 und

Fig. 5 ebenfalls einen Vertikalschnitt längs Linie V-V in Fig. 1.

Orientiert an Fig. 1 besteht der Heizkessel nach wie vor, d. h. in bekannter Weise aus einem wasserführenden Gehäuse 1 mit einer Brennkammer 2, hinter der mehrere parallel nebeneinander angeordnete, zu einem von den Heizgasen quer durchströmbaren Block 11 zusammengefaßte, im wesentlichen vertikal vom Wärme­ träger durchströmbare Wassertaschen 3 angeordnet und deren Auslegung und Anordnung insbesondere für eine Brennwert­ betriebsweise des Heizkessels bestimmt sind.

Erfindungsgemäß ist nun für einen solchen Heizkessel wesent­ lich, daß den in einem vom wasserführenden Innenraum des Gehäuses 1 abgeteilten aber mit diesem in hydraulischer Verbindung stehenden Gehäuseteil 1' angeordneten Wassertaschen 3 ein vertikal orientiertes Rohrregister 5 vorgeschaltet ist, von dessen mit dem wasserführenden Gehäuse 1 in Verbindung stehenden Zu- und Abströmräumen 6, 7 der obere 7 vom Rücklauf­ zuströmraum 8 der Heizgaszugtaschen 3 durch ein Trennblech 9 abgeteilt ist.

Wie aus Fig. 1, 3 ersichtlich ist dabei das Rohrregister 5 bevorzugt aus zwei Rohrlagen 5' gebildet, und die Rohre 10 der beiden Lagen 5' sind auf Lücke zueinander versetzt angeordnet.

Die sich durch diese Anordnung und insbesondere das Trennblech 9 ergebende Strömungsführung des Wärmeträgers vom Rücklauf­ anschluß 13 bzw. dem Rücklaufzuströmraum 8 zum Vorlaufanschluß 13' ist mit Pfeilen P verdeutlicht, d. h., im Bereich des von den Wassertaschen 3 gebildeten Nachschaltwärmetauschers ergibt sich vorteilhaft zwischen den im wesentlichen horizontal quer durchströmenden Heizgasen und dem Wärmeträger ein Kreuz- Gegenstrom.

Eine besondere und bevorzugte Ausführungsform ist in Fig. 1 sogleich mit dargestellt, d. h., hiernach sind die Wassertaschen 3 jeweils in zwei vertikal orientierte Durchströmräume 3', 3'' für den Wärmeträger gegliedert, wobei die Trennwand 9 über der Vertikalteilung VT der Wassertaschen 3 angeordnet ist. Dadurch ergibt sich eine Strömungsführung wie einleitend vorerwähnt, d. h., in den Durchströmräumen 3' strömt das kalte Rücklauf­ wasser nach unten, das dann, nach Umlenkung im Zuströmraum 6, durch die Durchströmräume 3'' der Wassertaschen 3 und das Rohrregister 5 nach oben in den Abströmraum 7 und damit in das Gehäuse 1 gelangt. Bei nicht geteilten Wassertaschen 3 ist die Trennwand 9, wie in Fig. 1 gestrichelt angedeutet, im Bereich zwischen den Wassertaschen 3 und dem Rohrregister 5 angeordnet.

Wie aus Fig. 1 bis 3 ersichtlich, sind die Wassertaschen 3 und das Rohrregister 5 in Form einer kastenförmigen Baueinheit bzw. eines kastenförmigen Heizgasdurchströmkanales 17 an den Boden 12 der Brennkammer 2 des Gehäuses 1 angesetzt und im zylindrischen, den Rücklaufanschluß 13 aufweisenden Gehäuseteil 1' des ebenfalls zylindrisch ausgebildeten Gehäuses 1 ange­ ordnet. Der Brennkammerboden 12 bildet also auch gleichzeitig gewissermaßen die Rückwand des wasserführenden Gehäuses 1, ist aber, wie aus Fig. 5 ersichtlich, in seinem Umfangsrandbereich mit Durchströmöffnungen 16, 16' versehen, wobei im unteren Teil des Bodens 12 die Durchströmöffnung 16 zum wasserführenden Teil des Gehäuses 1 angeordnet und diese vergleichsweise klein zu den darüber angeordneten Durchströmöffnungen 16' bemessen ist.

Aufgrund der massiven Erwärmung des Wärmeträgers im Rohr­ register 5 strömt natürlich dessen größere Menge durch die oberhalb des Blockes 11 gelegenen Durchströmöffnungen 16', d. h., insbesondere durch die im Bereich des Abströmraumes 7 angeordneten. Der aus den Wassertaschen 3 gebildete Block 11 ist (siehe Fig. 4 und auch 2) mit in Bezug auf dessen Querschnitt bzw. die Achse 14 der Brennkammer 2 diagonal orientierten Leitstegen 15 im Gehäuseteil 1' angeordnet. Diese Leitstege 15, dienen insbesondere als Leitbleche für den Rücklauf, um diesen im wesentlichen durch die Wassertaschen 3 bzw. den Block 11, sind aber auch bis zu einem gewissen Grade für den Wärmeträger durchlässig (also bspw. gelocht), um in den Räumen R seitlich neben den Wassertaschen 3 keine Strömungs­ toträume entstehen zu lassen und um auch die Flankenwände 3' des Blockes 11 bzw. des von den Wassertaschen 3 durchgriffenen Heizgasdurchströmkanales 17 zu kühlen, der bevorzugt im Sinne der Fig. 2. ausgebildet ist, der also auch das Rohrregister 5 mit enthält und ebenfalls die Leitstege 15.

Die spezielle Ausbildung der Wassertaschen 3 bedarf keiner näheren Erläuterung, da derartige Wassertaschen und daraus gebildete, von Heizgasen quer durchströmbare Taschenblöcke im Heizkesselbau hinlänglich bekannt sind, so auch eine Ausbildung dahingehend, daß sich die wellenartig profilierten, zueinander bzgl. ihrer Wellen verschränkten Taschenflanken gegenseitig abstützen, was auch im vorliegenden Fall bevorzugt vorgesehen ist.

Mit Rücksicht auf eine sogenannte Brennwertbetriebsweise, für die der vorliegende Heizkessel insbesondere bestimmt ist, ist der kastenförmige Heizgasdurchströmkanal 17 insgesamt oder zumindest dessen Bodenfläche 17' in Bezug auf die Horizontale zur Abzugsseite hin geneigt angeordnet, um das anfallende Kondensat zum dortigen Kondensatabfluß 18 abfließen zu lassen.

Um schon im Bereich des wasserführenden Gehäuses 1, d. h. in der Brennkammer 2 für eine hohe Temperaturabsenkung der Heizgase zu sorgen, ist dieser Teil wesentlich länger bemessen als der den Taschenblock und das Rohrregister 5 aufnehmende Gehäuseteil 1', wobei sich aber diese Bemessungen einschließlich der Durchmessermaße des Gehäuses 1 und des Gehäuseteiles 1' letztlich an den ansonsten beim Heizkesselbau vorgegebenen Bedingungen zu orientieren haben bzw. auf diese abzustimmen sind, und zwar einschließlich der Bedingungen, die sich aus der Art des Brenners ergeben, mit dem der Heizkessel bestückt wird.

Trotz der relativ komplizierten Strömungsführung des Wärme­ trägers vom Rücklaufanschluß 13 zum brennerseitig angeordneten Vorlaufanschluß 13', nämlich fallend durch die Wassertaschen 3, aufsteigend durch das Rohrregister 5 und von da aus mit der Hauptmenge längs des oberen Quadranten der Brennkammer 2 bei Hauptmenge längs des oberen Quadranten der Brennkammer 2 bei gleichzeitiger längs ansteigender Umspülung der Brennkammer von unten und den Flankenseiten her, ergibt sich eine, wie insbesondere aus Fig. 1 ersichtlich, klare Gliederung des gesamten Heizkessels, mit der auch die Forderung nach einfacher, einer Serienfertigung genügender Bauweise erfüllt ist. In diesem Zusammenhang ist nochmals auf Fig. 2 hin­ zuweisen, die deutlich macht, daß der ganze von den Was­ sertaschen 3, dem Rohrregister 5 und dem Heizgasdurchströmkanal 17 gebildete Nachschaltwärmetauscher einschließlich seiner Um­ schließungswand 1'' als separate Baueinheit gefertigt und dann einfach an das Gehäuse 1 angeschweißt oder, um Teilbarkeit des Heizkessels vorzusehen, gas- und flüssigkeitsdicht angeflanscht werden kann. Die Wärmeträgerpassage vom Gehäuseteil 1' in das Gehäuse 1 erfolgt dabei durch die Öffnungen 16, 16' oder durch hier nicht besonders dargestellte, ebenfalls verflanschbare Überleitungskrümmer. Zweckmäßig ist beim Ganzen der vor­ beschriebene Heizgasdurchströmkanal 17 so gestaltet und bemes­ sen, daß dessen abströmseitiger Endbereich 17 die Abgas­ sammelkammer 4 bildet, die die Rückwand des Gehäuseteiles 1' durchgreift.

Claims (9)

1. Heizkessel zum Verbrennen flüssiger oder gasförmiger Brennstoffe, bestehend aus einem wasserführenden Gehäuse (1) mit einer Brennkammer (2), hinter dem mehrere paral­ lel nebeneinander angeordnete, zu einem von den Heizgasen quer durchströmbaren Block (11) zusammengefaßte, im wesent­ lichen vertikal vom Wärmeträger durchströmbare Wassertaschen (3) angeordnet und deren Auslegung und Anordnung insbesondere für eine Brennwertbetriebsweise bestimmt sind, dadurch gekennzeichnet, daß den in einem vom Innenraum des wasserführenden Gehäuses (1) abgeteilten, aber mit diesem in hydraulischer Verbin­ dung stehenden Gehäuseteil (1') angeordneten Wasserta­ schen (3) ein vertikal orientiertes Rohrregister (5) vorge­ schaltet ist, von dessen mit dem wasserführenden Gehäuse (1) in Verbindung stehenden Zu- und Abströmräumen (6, 7) der obere (7) vom Rücklaufzuströmraum (8) der Wassertaschen (3) durch eine Trennwand (9) abgeteilt ist.

2. Heizkessel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohrregister (5) aus mindestens zwei Rohrlagen (5') gebildet ist und die Rohre (10) der beiden Lagen (5') auf Lücke zueinander versetzt angeordnet sind.

3. Heizkessel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wassertaschen (3) jeweils in zwei vertikal orientierte Durchströmräume (3', 3'') für den Wärmeträger gegliedert sind und die Trennwand (9) über der Verti­ kalteilung (VT) der Wassertaschen (3) angeordnet ist.

4. Heizkessel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der aus den Wassertaschen (3) gebildete Block (11) zwischen mit in Bezug auf dessen Querschnitt diago­ nal orientierten Leitstegen (15) im Gehäuseteil (1') angeordnet ist.

5. Heizkessel nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der aus den Wassertaschen (3) gebildete Block (11) und das Rohrregister (5) Teile eines kastenförmigen Heizgasdurchströmkanales (17) sind, dessen abströmseitiger Endbereich (17') die Abgassammelkammer (4) bildet.

6. Heizkessel nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitstege (15) als Teile der Wände des Heiz­ gasdurchströmkanales (17) ausgebildet sind.

7. Heizkessel nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Gehäuseteil (1') als separates, am Gehäuse (1) gas- und flüssigkeitsdicht aber lösbar angesetztes Bau­ teil ausgebildet ist.

8. Heizkessel nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß im unteren Teil der Trennfläche (12) zwischen dem Innenraum des Gehäuses (1) und dem Gehäuseteil (1') eine Durchströmöffnung (16) zum wasserführenden Teil des Gehäuses (1) angeordnet und diese vergleichsweise klein zu den darüber angeordneten Durchströmöffnungen (16') bemessen ist.

9. Heizkessel nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der kastenförmige Heizgasdurchströmkanal (17) ins­ gesamt oder zumindest dessen Boden (17'') in Bezug auf die horizontale Achse (14) der Brennkammer (2) bzw. des Gehäuses (1) zur Abzugsseite hin geneigt angeordnet und mit einem Kondensatabfluß (18) versehen ist.